Электролиз раствора СuSО4 проводили в течение 15 мин при силе тока 2,5 А, выделилось 0,72 г меди. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах в случае медного и угольного анода. Определите выход по току (отношение массы выделившегося вещества к теоретически возможной).
Ответы
Ответ:
) Электролиз медного купороса на угольных электродах:
Стандартный электродный потенциал системы Cu2+ + 2 = Cu0 (+0,34 В) значительно положительнее потенциала водородного электрода в кислой среде (0,00 В). В этом случае при электролизе соли на угольных электродах, на катоде будет происходить электрохимическое восстановление меди Cu2+:
Cu2+ + 2 = Cu0
На аноде будет происходить электрохимическое окисление воды, приводящее к выделению кислорода:
2Н2О - 4 = О2↑ + 4Н+,
поскольку, отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+1,23 В) значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (+2,01 В), характеризующий систему: 2SO42- - 2 = 2S2O82-. Ионы SO42-, движущиеся при этом к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве.
б) Электролиз медного купороса в случае медного анода:
При электролизе медного купороса на медном аноде на катоде будет электрохимическое восстановление меди Cu2+. На аноде будет происходить электрохимическое окисление меди, приводящее к выделению в анодное пространство ионов Cu2+, поскольку отвечающий этой системе стандартный электродный потенциал (+0,34 В) значительно ниже, чем стандартный потенциал (+1,23 В), характеризующий систему
2Н2О - 4 = О2↑ + 4Н+
т. е. в данном случае при электролизе будет происходить растворение медного анода и отложение меди на катоде. Электрохимические процессы при данном типе электролиза:
Катод: Cu2+ + 2 = Cu0;
Анод: Cu0 - 2 = Cu2+
в) Вычисление выхода меди по току.
Массу теоретического выхода меди вычислим из уравнения Фарадея, имея в виду, что 15 мин = 900 с и МЭ(Cu) = 31,77 г/моль, I = 2,5 A, получим:
m(Cu) = МЭ(В) . I . t/F = 31,77 . 2,5 . 900/96500 = 0,74 г.
Здесь m(B) – масса выделившегося вещества, г; МЭ(В) – масса эквивалента вещества, г/моль; I – сила тока, А; t – время, с; F – число Фарадея, 96500 Кл/моль.
Выход по току (отношение массы выделившегося вещества к теоретически возможной) равен:
m% = (0.72 . 100)/0,74 = 97,3%
Ответ: m% = 97,3%.
Объяснение: